高温来袭时植物细胞如何迅速阻止细胞膜失稳,是困扰科学界的难题。我国科学家最新研究发现了水稻高温下快速维持细胞膜稳定性的新机制,并挖掘到一个有助于水稻高温下稳产的稀有单倍型,为耐热水稻育种提供了新的基因资源。相关研究成果于北京时间7月1日晚在国际学术期刊《自然》在线发表。

　　  细胞膜是植物细胞与外界环境直接接触的边界,高温会破坏细胞膜的稳定性。温度升高会增强膜脂分子的运动性,导致细胞膜过度流动化,当这种流动性超过细胞可承受范围时,会出现离子渗漏、膜损伤等情况,最终导致水稻结实率和产量下降。

　　  四川农业大学水稻研究所联合中国科学技术大学生命科学与医学部经过多年研究,发现了水稻耐热性的正调控因子OsALA5。进一步研究发现,水稻细胞膜上,由OsALA5和OsALIS2因子组成的蛋白复合体可以参与高温早期的膜稳态调控。

　　  “细胞膜并不是内外两侧完全相同的脂质双层,而是具有明显的不对称性。”四川农业大学水稻研究所所长钦鹏解释道,在遇到高温后,由OsALA5和OsALIS2组成的蛋白复合体会优先将饱和磷脂酰胆碱这一类有助于稳定膜结构的脂质分子,快速“调配”到更需要加固的一侧细胞膜层,从而快速稳定细胞膜。

　　  这项新发现打破了人们认为植物主要依靠重塑膜脂组成以适应温度变化的传统认知。“以往大家认为,植物遇到高温后会通过信号传递启动基因表达,重新合成或改造膜脂,这通常需要较长时间。”钦鹏说,这种“就地加固”的方式,让细胞膜能够在高温早期迅速获得保护。除了水稻外,研究团队在拟南芥、酵母中也发现了类似现象。

　　  此外,研究团队还从2236份水稻自然资源中挖掘到OsALA5的一个稀有优异单倍型Hap7,将其导入不耐高温的水稻品种中进行田间实验,发现其耐高温能力明显提高。

　　  “这为作物耐热改良提供了新思路。”钦鹏说,比如可挖掘OsALA5及其在不同作物中同源基因的自然变异用于品种改良,从而保证粮食稳产。